DE69106677T2 - Process for the preparation of orthophenylenediamine. - Google Patents
Process for the preparation of orthophenylenediamine.Info
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von ortho-Phenylendiamin (manchmal als OPDA bezeichnet) durch die Dehydrierung von 1,2-Diaminocyclohexan (manchmal als DCH bezeichnet). Die Reaktion kann wie folgt dargestellt werden: Palladium-katalysator cis- und trans - DCHThe present invention relates to the preparation of ortho-phenylenediamine (sometimes referred to as OPDA) by the dehydrogenation of 1,2-diaminocyclohexane (sometimes referred to as DCH). The reaction can be represented as follows: Palladium catalyst cis- and trans - DCH
OPDA ist ein Zwischenprodukt bei der Herstellung von Fungiziden. Es kann durch Hydrierung von ortho-Nitroanilin hergestellt werden.OPDA is an intermediate in the production of fungicides. It can be produced by hydrogenation of ortho-nitroaniline.
DCH wird als Nebenprodukt bei der Hydrierung von Adiponitril zu Hexamethylendiamin erzeugt, einem Monomeren, das zur Herstellung von 6,6-Nylon dient.DCH is produced as a byproduct during the hydrogenation of adiponitrile to hexamethylenediamine, a monomer used in the production of 6,6-nylon.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Umwandlung von DCH in OPDA bei hohen Ausbeuten zur Verfügung zu stellen.The object of the present invention is to provide a process for converting DCH into OPDA with high yields.
Die US-A 3 361 818 offenbart die Dehydrierung von Cyclohexylamin in Gegenwart eines Platin-auf-Kohlenstoff-Katalysators, der mit Natriumhydroxyd alkalisch gemacht worden ist.US-A 3 361 818 discloses the dehydrogenation of cyclohexylamine in the presence of a platinum-on-carbon catalyst which has been made alkaline with sodium hydroxide.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von o-Phenylendiamin durch Dehydrierung von 1,2- Diaminocyclohexan. Die Reaktion findet in der Dampfphase bei einem Druck von 0,1 bis 10 Atmosphären und einer Temperatur in einem Bereich von 175 bis 225ºC über einem Katalysator statt, der ein Palladiummetall und ein Alkalimetallhydroxid enthält, die auf einem inerten Substrat dispergiert sind. Der Katalysator enthält vorzugsweise zwischen etwa 0,1 und 5 Gew.-% Palladiummetall und etwa 0,2 bis 1,0 % Alkalimetallhydroxid. Bevorzugte inerte Substrate umfassen Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Aluminiumsilicat, Magnesiumsiiicat und Aktivkohle. Lithiumhydroxid ist das bevorzugte, in dem Katalysator enthaltene Alkalimetallhydroxid.The present invention relates to a process for the preparation of o-phenylenediamine by dehydrogenation of 1,2- Diaminocyclohexane. The reaction takes place in the vapor phase at a pressure of 0.1 to 10 atmospheres and a temperature in the range of 175 to 225°C over a catalyst comprising a palladium metal and an alkali metal hydroxide dispersed on an inert substrate. The catalyst preferably contains between about 0.1 and 5 weight percent palladium metal and about 0.2 to 1.0 percent alkali metal hydroxide. Preferred inert substrates include alumina, silica, aluminum silicate, magnesium silicate, and activated carbon. Lithium hydroxide is the preferred alkali metal hydroxide contained in the catalyst.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 200 bis 225ºC und einem Druck von 1 Atmosphäre durchgeführt.The process according to the invention is preferably carried out at a temperature in the range of 200 to 225°C and a pressure of 1 atmosphere.
Der verwendete Katalysator ist ein Palladiumkatalysator mit Träger, welcher ein Alkalimetallhydroxid enthält. Der Katalysator kann hergestellt werden, indem man ein inertes Substrat mit einer wäßrigen Lösung eines Alkalimetallhydroxids und einem Palladiumsalz, wie zum Beispiel Palladiumchlorid oder -nitrat, behandelt. Das Substrat kann mit einer einzigen Lösung imprägniert werden, die beide Komponenten enthält, oder mit zwei verschiedenen Lösungen, die jeweils die eine der Komponenten aufweist. Nach der lmprägnierung wird der Katalysator getrocknet, gewöhnlich bei einer Temperatur im Bereich von etwa 70 bis 200ºC und vorzugsweise von 100 bis 120ºC. Nach dem Trocknen wird das Palladiumsalz zu metallischem Palladium reduziert, und der Katalysator ist für den Einsatz fertig. Alternativ dazu kann ein im Handel erhältlicher Katalysator aus Palladiummetall auf inertem Substrat mit Alkalimetallhydroxidlösung imprägniert und dann getrocknet werden.The catalyst used is a supported palladium catalyst containing an alkali metal hydroxide. The catalyst can be prepared by treating an inert substrate with an aqueous solution of an alkali metal hydroxide and a palladium salt such as palladium chloride or nitrate. The substrate can be impregnated with a single solution containing both components or with two different solutions each containing one of the components. After impregnation, the catalyst is dried, usually at a temperature in the range of about 70 to 200°C and preferably 100 to 120°C. After drying, the palladium salt is reduced to metallic palladium and the catalyst is ready for use. Alternatively, a commercially available catalyst of palladium metal on an inert substrate can be impregnated with alkali metal hydroxide solution and then dried.
Der dampfförmige Zuführungsstrom, der DCH enthält, kann mit solchen Gasen wie Stickstoff, Wasserstoff, Ammoniak, Wasserdampf, Kohlenmonoxid und Methan verdünnt sein. Stickstoff ist ein bevorzugtes Verdünnungsmittel. Der Stickstoff dient zur Erniedrigung des Partialdruckes von DCH. Wenn ein Verdünnungsmittel eingesetzt wird, wird es gewöhnlich in einer solchen Menge hinzugefügt, daß ein Molverhältnis von Verdünnungsmittel zu DCH von etwa 1:1 bis 20:1 gewährleistet ist. Ammoniak hat die zusätzliche Funktion, die Deaminierung zu verringern und eine Aminkopplung zu verhindern.The vaporous feed stream containing DCH may be diluted with such gases as nitrogen, hydrogen, ammonia, water vapor, carbon monoxide and methane. Nitrogen is a preferred diluent. The nitrogen serves to lower the partial pressure of DCH. If a diluent is used, it is usually added in an amount to ensure a molar ratio of diluent to DCH of about 1:1 to 20:1. Ammonia has the additional function of reducing deamination and preventing amine coupling.
Das eingesetzte DCH kann cis oder trans sein und wird meistens eine Mischung von cis und trans sein. Wenn das DCH als Nebenprodukt bei der Hydrierung von Adiponitril erhalten worden ist, wird es gewöhnlich andere Verunreinigungen, einschließlich 2-Methylpentamethylendiamin, enthalten. Typischerweise wird ein Strom von DCH aus dieser Quelle 1 bis 25 Gew.-% 2-Methylpentamethylendiamin enthalten.The DCH used may be cis or trans and will most often be a mixture of cis and trans. If the DCH has been obtained as a by-product in the hydrogenation of adiponitrile, it will usually contain other impurities including 2-methylpentamethylenediamine. Typically, a stream of DCH from this source will contain 1 to 25 wt.% 2-methylpentamethylenediamine.
Vierzig Kubikzentimeter (33 g) 5 x 8 mesh Kügelchen aus 0,5% Palladiummetall auf Aluminiumoxid (Calsicat Corp.) mit einer Oberfläche von 90 m²/g wurden mit 100 ml einer wäßrigen 3%igen LiOH-Lösung sechs Stunden bei 25ºC behandelt. Der Katalysator wurde filtriert und zweimal mit 100 ml entionisiertem Wasser gewaschen, gefolgt von einem zweistündigen Trocknen bei 110ºC. Die Säuretitrierung der Ausgangslösung und der Mutterlauge und der Waschf lüssigkeiten ergab eine Abscheidung von 0,61% LiOH auf dem Katalysator.Forty cubic centimeters (33 g) of 5 x 8 mesh beads of 0.5% palladium metal on alumina (Calsicat Corp.) with a surface area of 90 m2/g were treated with 100 mL of an aqueous 3% LiOH solution for six hours at 25°C. The catalyst was filtered and washed twice with 100 mL of deionized water, followed by drying at 110°C for two hours. Acid titration of the starting solution and the mother liquor and washes resulted in a deposition of 0.61% LiOH on the catalyst.
Etwa 40 ml dieses Katalysators wurden in einen mit einem Ölmantel versehenen rohrförmigen Glasreaktor einer Länge von 50 cm und einem Durchmesser von 2,5 cm eingeführt.About 40 ml of this catalyst was introduced into an oil-jacketed tubular glass reactor with a length of 50 cm and a diameter of 2.5 cm.
Der mit dem Katalysator beladene rohrförmige Reaktor wurde mit einem Hochtemperaturf Iuid erhitzt. Die Temperatur des zirkulierenden Öls betrug 200ºC. Das DCH wurde kontinuierlich bei 0,25 ml/min mit Hilfe einer Dosierungspumpe in die Reaktorröhre eingeführt. Es wurde ein 10 ml Bett von Glasperlen am oberen Ende des Reaktors verwendet, um eine gasförmige Materialzuführung auf den Katalysator zu gewährleisten.The tubular reactor loaded with the catalyst was heated with a high temperature fluid. The temperature of the circulating oil was 200ºC. The DCH was continuously fed into the reactor tube at 0.25 ml/min by means of a dosing pump. A 10 ml bed of glass beads was used at the top of the reactor to produce a gaseous To ensure material supply to the catalyst.
Stickstoffverdünnungsmittel wurde zusamrnen mit dem in den dampfförmigen Zustand versetzten DCH zugeführt. Der umgesetzte ausfließende Strom wurde in zwei Stufen auf 15ºC abgekühlt. Aus dem kondensierten Reaktionsprodukt wurden Proben entnommen und ihre Zusammensetzung durch Kapillargaschromatographie bestimmt. Auf der Basis dieser Bestimmungen und aufgrund des Gewichts des DCH, das dem Reaktor während sieben Stunden zugeführt wurde, wurden die Umwandlung des DCH und die Selektivität zu OPDA berechnet.Nitrogen diluent was fed together with the vaporized DCH. The reacted effluent was cooled to 15ºC in two stages. Samples were taken from the condensed reaction product and their composition was determined by capillary gas chromatography. Based on these determinations and the weight of DCH fed to the reactor during seven hours, the conversion of DCH and the selectivity to OPDA were calculated.
Die Selektivitäten des OPDA als Funktion der Temperatur, der LiOH-Beladung und des N2-Verdünnungsmittels sind in der Tabelle unten zusammengefaßt: Aromatisierung von 1,2-Diaminocyclohexan zu o-Phenylendiainin %DCH-Umwandlung %OPDA Ausbeute (1) NH&sub3; anstelle von N&sub2; (2) 3% H&sub2; zu N&sub2; hinzugefügt (3) KOH (4) Materialzuführung: 99% trans-DCH (5) 70/30 Gew./Gew. DCH/WasserThe selectivities of OPDA as a function of temperature, LiOH loading and N2 diluent are summarized in the table below: Aromatization of 1,2-diaminocyclohexane to o-phenylenediamine %DCH Conversion %OPDA Yield (1) NH3 instead of N2 (2) 3% H2 added to N2 (3) KOH (4) Feedstock: 99% trans-DCH (5) 70/30 w/w DCH/water
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